Các thuật toán định tuyến vượt hố
3.3COLBAR: Giao thức định tuyến đảm bảo cân bằng tải và hệ số đường đi hằng số sử dụng hình xấp xỉ động
và hệ số đường đi hằng số sử dụng hình xấp xỉ động
Như chúng tôi đã nói ở chương 3.1, tất cả các thuật toán định tuyến tránh hố hiện nay chưa có một thuật toán nào có thể giải quyết được đồng thời cả hai vấn đề: vấn đề hố mở rộng và vấndddeef đượng định tuyến kéo dài. Trong chương này, chúng tôi sẽ đề xuất một hướng đi mới nhằm giải quyết đồng thời cả hai vấn đề trên của định tuyến địa lý. Đề xuất của chúng tôi có một điểm khác biệt với tất cả các thuật toán khác đó là chúng tôi sử dụng một vùng cấm động, vùng cấm này thay đổi theo từng gói tin. Cụ thể, trước hết chúng tôi sẽ xấp xỉ
(a) ELBAR (b) ELLIPSE
(c) EHDS (d) GPSR
Hình 3.14:Năng lượng tiêu thụ của từng nút mạng (thí nghiệm(n→n,500s))
hố bằng một đa giác bao sát hố mà chúng tôi gọi làđa giác lõi. Thông tin về đa giác lõi sẽ được phát tán cho các nút ở lân cận hố/ Khi một gói tin được xuất phát hoặc đến một nút đầu tiên có thông tin về đa giác lõi, nút này sẽ xác định vùng cấm là ảnh của đa giác lõi với tỉ số vị tự phụ thuộc vào khoảng cách của nút nguồn và nút đích. Sau đó, nút này sẽ xác định một đường định tuyến có độ dài tối ửu đi vòng quanh vùng cấm và gói tin sẽ được truyền men theo đường định tuyến đó.
Phần còn lại của chương này sẽ được trình bày như sau. Chi tiết của thuật toán sẽ được trình bày trong chương 3.3.1. Chương 3.3.2 sẽ phân tích lý thuyết về hệ số đường đi của thuật toán và chương 3.3.3 sẽ đánh giá hiệu năng của thuật toán bằng mô phỏng với nhiều tiêu chí khác nhau.
3.3.1 Giao thức định tuyến COLBAR
Chúng tôi bắt đầu bằng các định nghĩa và quy ước sau đây. Chúng tôi ký hiệuPlà một đa giác với các đỉnh làP1, P2, ..., Pnvà ký hiệuN là một nút mạng hoặc một điểm bất kỳ nằm bên ngoàiP. Rõ ràng, đối với mỗi điểmN có đúng hai đỉnh giới hạn như vậy. Chúng tôi gọi góc tạo bởi hai tia nốiN và hai đỉnh giới hạn này làgóc giới hạntừN đếnP.
Định nghĩa 3.3.1 (Khoảng cách từ điểm tới đa giác) Khoảng cách từ điểm N đến đa giác P là khoảng cách ngắn nhất từ N đến các đỉnh của P.
Định nghĩa 3.3.2 (Đường kính của đa giác) Đường kính của đa giác P là khoảng cách lớn nhất giữa hai đỉnh của P và được ký hiện làdP.
Giả sử Qi và Qj là hai điểm nằm trên biên của P, thế thì −−−−→
Qi...Qj là ký hiệu của phần chu vi củaPđi từ Qi đếnQj theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Đối với một tập điểm
N1, N2, ..., Nn bất kỳ trên mặt phẳng,N1N2...Nnlà ký hiệu đường gấp khúc nối các điểm
N1, N2, ..., Nntheo đúng thứ tự đó. Đối với một đường thẳng hoặc đường gấp khúclbất kỳ,
|l|ký hiệu độ dài Ơclit củal. Đối với một đa giácPbất kỳ, chu vi củaP được ký hiệu là
pP.
3.3.1.1 Tổng quan
Cũng giống như giao thức ELBAR, giao thức định tuyến này của chúng tôi gồm hai phần, phần cài đặt ban đầu và phần định tuyến. Phần cài đặt mạng ban đầu có nhiệm vụ xác định
đa giác lõi, một biểu diễn rút gọn của hố. Đa giác lõi có thể là một đa giác xấp xỉ hố thu được bởi một thuật toán xấp xỉ hố bất kỳ. Đặc tính của đa giác lõi sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu năng của thuật toán định tuyến COLBAR. Trong khuôn khổ của chương này, chúng tôi chọn thuật toán xấp xỉ hố bằng bát giác có 8 góc bằng nhau (thuật toán này đã được trình bày trong chương 2.4). Pha cài đặt gồm 3 bước. Trước hết tọa độ của các nút trên biên hố sẽ được xác định sử dụng thuật toán định biên trong bài báo [18]. Sau đó,đa giác lõisẽ được xác định ở bước thứ hai. Cuối cùng, ở bước thứ ba, thông tin về theđa giác lõisẽ được phát tán cho các nút ở vùng xung quanh hố. Chú ý rằng thông tin vềđa giác lõikhông phải được phát tàn ra toàn mạng mà chỉ phát tán ra một vùng giới hạn quanh hố nhằm tiết kiệm tài nguyên mạng. Sau khi pha cài đặt kết thúc, các nút ở gần hố sẽ có thông tin về đa giác lõi trong khi các nút ở xa hố thì không.
Nếu gói tin được tạo bởi một nút nguồn ở ngoài vùng phát tán thông tin vềđa giác lõi, thì nó sẽ được truyền đi bằng thuật toán định tuyến tham ăn thông thường hướng tới nút đích cho đến khi nó gặp một nút nằm trong vùng nhận được thông tin về đa giác lõi. Khi gói tin được tạo bởi một nút hoặc được truyền tới một nút nằm trong vùng có thông tin về đa giác lõi, thì nút đó sẽ tạo ra mộtvùng cấmchuyên biệt cho gói tin đó,vùng cấmnày là ảnh của đa giác lõi qua phép vị tự với tỉ số vị tự được tính theo khoảng cách của nguồn và đích. Sau đó, gói tin sẽ được truyền tới các điểm neo là đỉnh của vùng cấm này trước khi chuyển tới đích thực tế. Chi tiết của giao thức định tuyến sẽ được trình bày dưới đây.